(57)【要約】      （修正有）【課題】  粒子径の小さく、アグリゲートサイズ分布のシャープなカーボンブラックをも効率よく生産することのできる製造プロセスの提供。【解決手段】  （ａ）カーボンブラック原料を流通せしめる抜き差し可能な管状通路手段、（ｂ）前記管状通路手段の下流側に連結され、かつ先端部が先細り截頭円錐形状を有する原料噴霧ノズル、（ｃ）前記原料噴霧ノズルの形状に少なくとも一部が嵌合する内部壁を有し、かつ外部に冷却媒体の流通可能な空間を形成する手段を有する防熱冷却用ジャケット、とからなる原料導入手段をカーボンブラック製造炉に適用し、かつ前記原料導入手段から原料油の製造炉への導入を少なくとも炉空間内に挿入した点から行い、前記原料導入手段の空間内への挿入でのガス流速の次式での増加割合が１１％を越え１００％までの特定範囲の値となるように原料導入手段を設置せしめたカーボンブラックの製造プロセス。2006188572.tif 000008【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温の燃焼ガス流を生成せしめる第１の燃焼ガス発生帯域、前記燃焼ガス流中にカーボンブラック生成用原料を導入して原料を熱分解または不完全燃焼によりカーボンブラックを生成させる第２のカーボンブラック生成帯域、冷却媒体を導入してカーボンブラック反応を停止せしめる第３の反応停止帯域とから構成される３つの帯域からなるカーボンブラック製造炉において、
（ａ）カーボンブラック原料を流通せしめる抜き差し可能な管状通路手段、
（ｂ）前記管状通路手段の下流側に連結され、かつ先端部が先細り截頭円錐形状を有する原料噴霧ノズル、
（ｃ）前記原料噴霧ノズルの形状に少なくとも一部が嵌合する内部壁を有し、かつ外部に冷却媒体の流通可能な空間を形成する手段を有する防熱冷却用ジャケット、
とからなる原料導入手段をカーボンブラック製造炉に適用し、かつ前記原料導入手段から原料油の製造炉への導入を少なくとも炉空間内に挿入した点から行い、前記原料導入手段の空間内への挿入でのガス流速の次式での増加割合が１１％を越え１００％までの特定範囲の値となるように原料導入手段を設置せしめたカーボンブラックの製造プロセス。
【数１】
2006188572.tif 000007
【請求項２】
原料油の導入圧力が０．５〜１０ＭＰａである請求項１記載のカーボンブラックの製造プロセス。
【請求項３】
原料導入手段１本の外径と原料導入部の反応炉径の比が０．１５〜０．５である請求項１または２記載のカーボンブラックの製造プロセス。
【請求項４】
原料油導入平面での前記原料導入手段の設置本数が２〜２０本である請求項１〜３いずれか記載のカーボンブラックの製造プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカーボンブラックの製造プロセスに関し、特に従来よりも効率よく生成カーボンブラックの物性制御範囲を大きくすることのできる製造プロセスに関する。より詳しくは、本出願人が開示した特開２００４−５９５９８号公報に記載された原料油噴霧装置を備えたカーボンブラック製造炉を用いて、原料導入手段を少なくとも反応帯域中に挿入するとともに、この挿入により原料油導入部の流速の増加割合を特定範囲に制御せしめることを特徴とするカーボンブラックの製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１では、高温ガスを発生させる第１反応帯域と、これに引き続き設置され、原料炭化水素の導入によりカーボンブラック生成反応を起こさせる第２反応帯域と、炉内温度を急冷させてカーボンブラック生成反応を停止させる第３反応帯域により構成されたオイルファーネスカーボンブラックを製造するに際し、外側に冷却ジャケットが設置されている原料炭化水素導入ノズルであって、その先端部が冷却ジャケットから炉内に露出しており、しかもその露出部の長さが変更できるようになっているノズルを用いて、原料炭化水素を第２反応帯域に導入することを特徴とする方法が開示されており、原料炭化水素ノズルが「金属製部分とその先端に取り付けられているセラミックス製部分とから成っており、かつ先端部が冷却ジャケットから炉内に露出していて、金属製部分を冷却ジャケット内でスライドさせることにより先端の露出部の長さが変更できるようになっているノズル」を用いる技術も開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、燃焼工程、原料導入工程、後部反応工程からなるプロセスにおいて、前記原料導入工程における原料炭化水素の炉内導入を同一断面上に設置された複数本のセラミックス製の原料注入ノズルを介して高温ガス流に対し対面方向に噴霧し、かつ原料炭化水素の炉内噴射角度０をある特定範囲に設定することを特徴とするカーボンブラックの製造方法が開示されている。
【０００４】
これの２件の従来技術は、いずれも原料を噴霧する噴射装置の材質としてセラミックスを利用していることを特徴としている。すなわち、炉内での高温燃焼ガス流中に原料を導入するために導入ノズルはセラミックス製で構成されている。
このようなノズルへのセラミックスの利用は高温ガス流中への挿入のために用いられる手段ではあるが、このセラミックスは非常に硬く緻密な細かい細工は難しく、したがって反応炉内へ導入する原料油の微粒化を行うことはこれらの２つの発明では困難である。また、セラミックス材料は、高価であるという欠点を有している。
【０００５】
この他の特許文献３においては、カーボンブラック製造用原料油供給ノズル及びこれを用いたカーボンブラックの製造装置並びにカーボンブラックの製造方法が開示されている。この中で、「チョーク部円を通過する高温燃焼ガス流中に原料油を噴出するノズルチップを備えた複数の原料油供給ノズルにおいて、各ノズルチップをチョーク部の内壁面より突出させ、しかも、各ノズルチップの突出部を高温ガス流の流れ方向に見たチョーク部の断面に投影した際に形成される各ノズルチップの投影面積Ｓｎと、チョーク部の断面積Ｓｃとの面積比率Ｓｎ／Ｓｃが、０．１〜１０％の範囲にあるカーボンブラック製造用原料油供給ノズルおよびこのノズルが複数段配置されているカーボンブラック製造装置、並びにこのノズルを用いてチョーク部の内面壁とノズル外周面への付着を低減するカーボンブラックの製造方法」が開示されている。
【０００６】
しかしながら、この発明のおいてはノズルチップの背面側に高温ガス流の流れから剥離してチョーク部内壁面に逆流する渦発生をなるべく小さくさせるために、その原料油噴霧ノズルおよび面積比率を特定させたものであり、したがってチョーク部断面積に対する空間内に挿入された原料油噴霧装置断面積の比率を上げた場合での製品カーボンブラックの特性変化、特にアグリゲート特性変化に関しては全く考慮されていないことは明らかである。加えて、グレードの異なるカーボンブラックをも生産するなどという思想は全く存在しない。
【０００７】
カーボンブラックの製造では原料を導入する位置の高温燃焼ガスの温度は１５００℃を超え、原料を導入するための噴霧ノズルは非常に苛酷な条件下にある。高温燃焼ガスによって噴霧ノズルが異常に加熱され、ノズルが損傷したり、ノズル内部の原料がコーキングしてノズル内部を閉塞させるなどの現象により、安定した原料噴霧はしばしば困難となる。カーボンブラック原料導入ノズルは種々の形状のものが使用されており、その材質としてはステンレス鋼などが一般的である。通常ノズルはノズル内部の原料との熱交換やノズル周辺への冷却媒体の導入、例えば空気や窒素などの気体によって冷却されているがノズルの損傷や内部のコーキングを防止するには十分とはいえず、これらの問題点を解決する手段として、本出願人は特許文献４において防熱冷却用ジャケットを備え、かつ、高温ガス流への原料油噴霧面積を効果的に小さくした原料噴霧装置を備えたカーボンブラック製造装置を開示している。
【０００８】
【特許文献１】特許第３４５８５４２号公報
【特許文献２】特開平５−７８５９６号公報
【特許文献３】特開２００４−２６９６５９号公報
【特許文献４】特開２００４−５９５９８号公報
【０００９】
前述したように産業用カーボンブラックは炉内の高温ガス流中に原料油を導入させ、これによりカーボンブラックを生成させるというオイルファーネス法により生産されるのが一般的であり、カーボンブラックの基本特性（粒子径、表面積、ストラクチャーおよびアグリゲートサイズ分布）のコントロールが容易であり、かつその範囲が広いことがその大きな理由の１つである。
しかしながら、カーボンブラックの基本特性の内の粒子径（表面積とは逆比例の関係）およびアグリゲートサイズ分布は反応炉内での高温ガス流の温度と流速に大きく依存しており、粒子径が小さくアグリゲート分布がシャープなグレードほど高い温度と流速（あるいは圧力）が必要となる。
したがって、粒子径の小さいグレードを生産しようとする場合には反応炉中の反応空間の断面積（円筒形状のときは直径）も小さくすることが要求される。大きい反応炉で小さい粒子径のものを生産しようとすると少ない原料油を空間内に均一に導入するのが難しく、収率の低下やアグリゲートサイズ分布の不均一を招く。この結果として、それぞれの生産グレードに適した生産炉、特に原料油導入帯域から反応急冷停止帯域までの断面積を適した範囲に制御した炉形状とする必要があり、このため複数のグレードを生産する場合には複数の生産炉を保有しているのが一般的である。また、原料油導入部の流速が高い反応炉では導入部直後の耐火物は噴霧原料油の圧力および／または燃焼によって著しく摩耗され、特に原料油中の金属成分（シリカ、アルミニウムなど）が高い場合などはその傾向がより顕著になって安定した操業が難しくなってしまい、極端な場合には炉損傷のために操業中止となる可能性もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、本出願人により開発・開示されたカーボンブラック製造用原料導入手段を設置し、かつそれらの導入位置を反応炉空間内のある一定範囲に特定した製造プロセスを提供するとともに、カーボンブラック製造炉で生産できるグレード範囲を拡大する、特に粒子径の小さく、アグリゲートサイズ分布のシャープなカーボンブラックをも効率よく生産することのできる製造プロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一は、高温の燃焼ガス流を生成せしめる第１の燃焼ガス発生帯域、前記燃焼ガス流中にカーボンブラック生成用原料を導入して原料を熱分解または不完全燃焼によりカーボンブラックを生成させる第２のカーボンブラック生成帯域、冷却媒体を導入してカーボンブラック反応を停止せしめる第３の反応停止帯域とから構成される３つの帯域からなるカーボンブラック製造炉において、
（ａ）カーボンブラック原料を流通せしめる抜き差し可能な管状通路手段（例えば、図２の符号１３）、
（ｂ）前記管状通路手段の下流側に連結され、かつ先端部が先細り截頭円錐形状を有する原料噴霧ノズル（例えば図２の符号１２）、
（ｃ）前記原料噴霧ノズルの形状に少なくとも一部が嵌合する内部壁を有し、かつ外部に冷却媒体の流通可能な空間を形成する手段を有する防熱冷却用ジャケット（例えば図２の符号１１）、
とからなる原料導入手段（例えば図１の符号７）をカーボンブラック製造炉に適用し、かつ前記原料導入手段から原料油の製造炉への導入を少なくとも炉空間内に挿入した点から行い、前記原料導入手段の空間内への挿入でのガス流速の次式での増加割合が１１％を越え１００％までの特定範囲の値となるように原料導入手段を設置せしめたカーボンブラックの製造プロセスに関する。すなわち、本発明は、特許文献４のカーボンブラック製造装置をうまく利用するカーボンブラックの製造プロセスに関するものである。
【数２】
2006188572.tif 000002
本発明の第２は、原料油の導入圧力が０．５〜１０ＭＰａである請求項１記載のカーボンブラックの製造プロセスに関する。
本発明の第３は、原料導入手段１本の外径と原料導入部の反応炉径の比が０．１５〜０．５である請求項１または２記載のカーボンブラックの製造プロセスに関する。
本発明の第４は、原料油導入平面での前記原料導入手段の設置本数が２〜２０本である請求項１〜３いずれか記載のカーボンブラックの製造プロセスに関する。
【００１２】
カーボンブラックにおける基本特性、特に粒子径（表面積により評価）と粒子のつながり度合い〔アグリゲートの平均サイズやジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸収量により評価〕およびアグリゲートサイズ分布はゴム配合時での機械的特性（耐摩耗性、引張り強さなど）や加工性（粘度、押出し特性など）、インキ、プラスチックなどへの配合時の分散性、黒色度などに大きな影響を与えることはよく知られている。したがって、カーボンブラックのこれらの基本特性を制御することが配合物の特性を左右するので非常に重要となる。特に、ゴム配合組成物に対して、高い耐摩耗性を与えるとともにインキ・塗料やプラスチック配合時に高い黒色度を付与する小粒子径（高表面積）でアグリゲート分布の狭いカーボンブラックを生産するためには、カーボンブラック反応場での高速度分解が必要となり、これを達成するには高温ガス流と噴霧導入された原料油の接触効率の向上とカーボンブラックの生成反応における反応場の均一化が重要なポイントとなる。
【００１３】
カーボンブラック生成において、高温燃焼ガスと噴霧原料粒子との接触効率を向上させ、反応場を均一化することにより改良された特性、すなわち粒子径が小さく、アグリゲート分布が狭いカーボンブラックを得ようとすると、高温かつ高速度の燃焼ガス流の通過空間中に原料油の噴霧流を空間全体に散布する（接触効率を向上させる）ことが重要であり、このためには通過空間（あるいは直径）は小さいほど有利となる。このことが、あるグレード、特に粒子径の小さいカーボンブラックを生産するためにはこれに適した製造炉が必要であるという大きな理由である。
【００１４】
本発明は、原料油導入・通過導管の全体が冷却媒通過空間形成手段により覆われ、かつ前記原料油導管の長さ方向の先端位置は前記空間形成手段の先端位置となるようにセットされた原料噴霧装置を用い、反応空間内に原料噴霧手段を挿入することにより、炉内通過空気流速をある範囲に上昇させた状態で原料油を導入する点にある。
【００１５】
本発明においては、図６で示す白色円の面積に対する原料噴霧手段７が白色円内に入り込んだ部分の面積との割合、すなわち、（原料噴霧手段７が白色円内に入り込んだ部分の面積）÷（白色円の面積）の値である面積比が小さいほど、流速増加が小さいほど原料噴霧装置の製造炉空間内への挿入長さは小さくなり、このことは従来の反応炉壁面からの原料油導入の場合に近くなることを示す。逆に、この数字が大きいほど原料噴霧装置の空間内への挿入長さは大きくなり、したがって高温燃焼ガス流に与える影響（ガス流の圧力、速度など）、そして原料噴霧流との接触の仕方、特に接触効率や速度、圧力も大きく変化することになる。
【００１６】
原料噴霧手段の反応炉空間内への挿入による、その前後での燃焼ガス流速の増加率が１１％を下回った場合には高温燃焼ガス流に与える影響が小さく、その結果として生成されたカーボンブラック特性特に粒子径への変化度合いも小さくなって従来品との差が小さくなるので好ましくない。
【００１７】
これとは逆に、１００％を上回るように原料噴霧手段を製造炉空間内に挿入した場合（原料噴霧手段の直径および設置本数によりこの数値に達しない場合もありうる）には反応炉内での閉塞空間が大きくなり過ぎて反応炉内の圧力が高くなり、このため通常使用されるブロアーでの圧力をオーバーしてしまい炉内へ導入する空気量を維持できず、生産量の低下を招いてしまう。
【００１８】
原料噴霧手段の製造炉空間内への挿入長さは、原料噴霧装置の設置空間の形状、大きさ（直径）および原料噴霧手段の大きさ（直径）、設置本数、設置位置などに関連しており、本発明により開示されたガス流速の増加割合である１１％を越え１００％までの特定範囲となるように適宜選択されるが、本発明の目的である高温ガス流と原料噴霧流との接触効率の改良、および生産グレードの拡大という効果を発現させるためには、原料噴霧手段空間の直径（図６の白い部分の円の直径に相当）と原料噴霧手段の直径（図５、６における符号７で示すものの直径）との比が０．１５〜０．５とし、かつ原料噴霧手段平面上の設置本数は２〜２０本、より好ましくは４〜１６本が好ましい。
【００１９】
なお、原料噴霧手段設置空間の直径と原料噴霧手段の直径との比が０．１５を下回った場合には本願発明での特定した流速変化率を達成しようとすると挿入距離が大きくなりすぎて好ましくなく、また０．５を上回った場合にはカーボンブラック反応炉に対して複数の大きな導入室間を形成させることになり、炉に対して構造的な強度低下をもたらすので好ましくない。
【００２０】
これに加えて、原料噴霧手段を通過する原料油の導入圧力は０．５〜１０ＭＰａの範囲で操業するのが望ましく、限定理由は次の通りである。導入圧力が０．５ＭＰａを下回った場合には、原料噴霧流が高温燃焼ガス流の中心部まで到達せず、このため両者の接触効率の低下をもたらして収率を下げるばかりでなく、燃焼ガス流の速度に屈伏されて反応炉の壁面、あるいは噴霧手段下流に未分解の原料炭化物（コークス）を発生させることがあるので好ましくない。
逆に導入圧力を１０ＭＰａを越えて大きくしようとすると、原料導入導管の材質を高価な耐圧性とする必要があり、またノズル穴径を小さくしなければならず、したがって原料油に含まれる小さな不純物でさえもノズルを閉塞させて操業の継続が困難となる可能性が大きくなるので望ましくない。
【００２１】
以下、本発明のカーボンブラック製造装置の一例を用いて詳細に説明するが、あくまで例示にすぎず、本発明の主旨を満たすものは本発明に包含されることは言うまでもない。
なお、以下で用いる酸素含有ガス導入室５とは燃料が導入されるまでの領域を意味し、燃焼ガス発生帯域とは燃料導入点から原料油導入点までの領域を意味し、カーボンブラック生成帯域とは原料油導入点から冷却媒体導入点までの領域を指すものである。
そして、前記（ａ）の一具体例は図２の原料供給管１３であり、前記（ｂ）の一具体例は図２の原料噴霧ノズル１２、さらに具体的には図３であり、前記（ｃ）の一具体例は図２や図４の防熱冷却用ジャケット１１であり、前記（ｄ）の一具体例は図４におけるノズル先端嵌合部２６である。
【００２２】
本発明は、図１において示されるように、炭化水素燃料と酸素含有ガスとの混合物を燃焼させることにより高温の燃焼ガス流を生成せしめる燃焼ガス発生帯域２、前記燃焼ガス流中にカーボンブラック生成用原料を導入することにより原料を熱分解または不完全燃焼せしめてカーボンブラックを生成させるカーボンブラック生成帯域３、生成されたカーボンブラック含有ガス流中に冷却媒体を導入してカーボンブラック反応を停止せしめる反応停止帯域４とから構成される３つの帯域からなる全体が耐火物で形成されたカーボンブラック製造装置１において、燃焼ガス発生帯域２の下流端（あるいはカーボンブラック生成帯域３の上流端）の原料噴霧導入空間内に原料噴霧手段７を挿入することにより空間の一部を閉塞せしめ、これにより挿入前よりもガス流速を上昇させた空間内へ原料を噴霧導入し、かつガス流速の上昇割合を一定範囲に制御させたことを特徴とするカーボンブラックの製造プロセスに関するものである。図中の５は酸素含有ガス導入室、６は燃料導入手段、７は原料噴霧手段、８は反応停止冷却媒体導入手段である。
【００２３】
図２は本発明に係わる原料噴霧手段が反応炉内にセットされた概略図を示し、実際には燃焼ガス発生帯域２の空間内に挿入されている。防熱冷却用ジャケット１１は内部を第１の冷却媒体が流通しており、冷却媒体としては水などの液体が使用される（この防熱冷却用ジャケット１１は耐火物９で形成された反応炉の稼働面１０と任意の挿入距離に応じてセットされる。）。原料噴霧ノズル１２は先端部が防熱冷却用ジャケット１１と接触する構造になっている。原料噴霧ノズル１２は原料供給管１３と堅く連結され、かつバルブ１８を介して抜き差しが自由にできる構造になっており、生産される品種グレードの変更などの際に容易にノズルを交換できる構造となっている。これに加えて、原料噴霧ノズル１２および原料供給管１３と防熱冷却用ジャケット１１の間には空気、窒素などの第２の冷却媒体を導入できる構成とするのがより好ましい。冷却媒体導入口１７から炉内に導入されるこの冷却媒体は原料供給管１３内の原料が防熱冷却用ジャケット１１によって冷却されすぎないように導入されるものであり、冷却媒体としては通常空気が用いられる。
【００２４】
図３は原料噴霧ノズル１２の拡大図である。原料油は先端の原料噴霧孔２０から噴霧される。原料噴霧孔２０の形状や原料噴霧ノズルの内部構造を変更することで種々の噴霧状態を作り出すことができる。原料噴霧孔２０の穴径は製造するカーボンブラックの品種、カーボンブラック製造装置のスケール、特に導入点での空間面積などによって適宜設定する必要がある。ゴム配合時に高い性能を発揮するカーボンブラックを生産しようとする場合噴霧粒径を小さくする必要があり、このため噴霧孔の穴径も小さくなるという傾向がある（なお、本発明では、ノズルは１本でも複数本でもよい）。これは原料油の噴霧状態をより均一化することによりカーボンブラック性状を均一化できるためである。このように原料噴霧量が減少すると低温度で導入される原料油自体によるノズル先端部への温度低下効果も小さくなり、その結果としてノズルが損傷しやすくなるという現象が発生することになる。この現象に関し本発明者は詳細に現状調査を行い、原料導入管外部空間に冷却媒体を通過させ、かつ截頭円錐形状の噴霧先端部と少なくとも一部合致した形状を有する防熱冷却用ジャケットとするのに加えて原料噴霧孔２０の断面積Ｓと原料噴霧孔を含む高温ガスに曝される截頭円錐状の原料噴霧装置先端部の截頭面（すなわち原料噴霧装置の噴霧孔を含む炉内暴露面）２３の面積Ａの関係に着目し、Ａ／Ｓをある一定数値以下に小さくすることことがノズルの損傷を防止するより好ましい要件であることを見い出した。すなわちノズル先端を先細り截頭形状とするとともに、高温ガスに曝される截頭面２３の面積Ａと原料噴霧孔２０の断面積Ｓの比Ａ／Ｓを１００以下とすることが、高温ガスによるノズル損傷を防止する要件となることを見いだし、本発明を完成させたものである。この比は、５０以下とすることにより更に好ましい効果を発現させることが出来る。
これに加えて、原料噴霧ノズルの截頭円錐状部２２は前記防熱冷却用ジャケット１１の出口形状と嵌合するように構成されるが、その円錐部分の一部は平面により切断され、切断面２１が形成（図３の場合、４つの面２１がある。）されており、この切断面２１と防熱冷却用ジャケット１１の内部とにより形成される冷却媒体導入空間２５（図４参照）を経て冷却媒体（通常は空気）が炉内に入る構造になっている。２４は原料供給管との接続部である。
【００２５】
図４は原料噴霧手段７の先端部における断面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。
原料噴霧ノズル１２を先端にもつ原料供給管１３は、その先端部が前記ノズル１２に少なくとも一部で嵌合部２６をもつように形成された防熱冷却用ジャケット１１により取り囲まれ、かつその間に形成された空間２５には冷却媒体が流通している。さらにその中間に形成された冷却媒体導入空間２７からは通常は空気が導入され、原料噴霧ノズル１２の截頭部切断面２１とノズル先端嵌合部２６とで形成された空間を経て截頭面２３の周囲から炉内に導入される。
【００２６】
図５は本発明の実施に好適なカーボンブラック製造装置における原料噴霧手段を設置し、炉内へ原料油を導入した状態を示した装置を長軸に沿って切断したときの拡大模式図である。また図６は図５のＣ−Ｃ断面における模式図を示したものである。図５において、燃料と空気との燃焼により生じた高温ガス流は矢印のように左側（上流側）から右側（下流側）に移動し、この高温ガス流中に生産するグレードあるいはカーボンブラックの各種特性に応じて適宜選択される空間内まで原料噴霧手段７が挿入され、その先端部から原料噴霧流２８としてカーボンブラックに転換させるために炉内に導入される。
【発明の効果】
【００２７】
（イ）図７（生産量とＤ５０／Ｄｓｔの関係）より
後述の原料噴霧空間の狭いＲｕｎＮｏ．１および２のライン（差は空気、原料、燃料の炉内導入量による）と広いＲｕｎＮｏ．３および４のラインは大きく離れており、アグリゲート分布の狭いカーボンブラック（Ｄ５０／Ｄｓｔで０．７０を下回る）は反応炉径の大きな製造炉を用いた場合には問題が多く事実上不可能である。このことがアグリゲートサイズ分布を制御するために反応炉空間の異なる製造装置が必要となる要因である。
ＲｕｎＮｏ．３および４と比較して、原料噴霧手段７を反応炉空間内に挿入したＲｕｎＮｏ．６〜１２とすることにより反応径の小さいＲｕｎＮｏ．１および２の領域を包含した範囲でアグリゲート分布を制御することができることを示しており、このことはＤ５０／Ｄｓｔの値が従来のＲｕｎＮｏ．３とＮｏ．４のラインよりも小さな値をもつ多くの点が存在することから明らかである。特にこの値は流速増加割合が大きくなるほど小さくなる傾向にある。これは流速変化を大きくする、すなわち反応炉空間を小さくすることにより原料噴霧流と高温ガス流との接触効率が向上したためと考えられる。しかし、ＲｕｎＮｏ．５では変化割合が小さすぎてＲｕｎＮｏ．３とＮｏ．４とのラインと大きな差異は見られず、このためＲｕｎＮｏ．５での増加割合である約１０％ではその効果は小さいために、本発明ではそれを上回ることが特性を制御するために必要である。以上の点から本発明によれば、１つの反応炉で生産できるカーボンブラックの特性の範囲を１層広い範囲とすることが可能となった。いいかえれば、一般的に生産量とアグリゲート分布は連動事項であり、生産量を増加するために炉内容積（断面積）を大きくするとアグリゲート分布も大きくなることが知られていた。本発明では断面積が大きい反応炉においても原料噴霧装置を反応炉空間内に挿入することによりアグリゲート分布を従来品とほぼ同等に維持しながら生産量を増大させることができる。
（ロ）図８（流速増加割合と収率指数の関係）より
図８において、流速増加割合の値が大きくなるにつれて収率指数も大きくなることがあかる。
後述の流速増加割合が約１０％のＲｕｎＮｏ．５では収率指数の変化はほとんど見られず、これよりも大きな値の増加割合が必要となる。なお、原料導入圧力が好ましい範囲を低い側に外れたＲｕｎＮｏ．６では、アグリゲート分布特性のＤ５０／Ｄｓｔでは０．７０よりも狭くなるが、原料導入量を下げなければならず、このために図８のように収率指数が低下するので０．５Ｍｐａ以上とするのが望ましい。
（ハ）これに加えて、ストラクチャー（ＤＢＰ吸収量）の上昇効果が見られる。このことは、反応炉Ｎｏ．２において流速増加割合の上昇につれてＤＢＰ吸収量の値は増大していることから明らかである。これは原料噴霧ノズルから導入されたカーボンブラック形成段階にある原料油流が大きく拡大された空間内に急激に拡がることに起因すると考えられる。
（ニ）この他の利点として、従来の反応炉では原料噴霧流により反応炉内部の耐火物材料が損傷を受けるという現象が発生することがあるが、本発明のように反応炉壁から離れた箇所により導入するので噴霧流による摩損は軽減される。特にケイ素化合物あるいはアルミニウム化合物などの灰分成分を多く含有する原料油を使用する場合には耐火物の損傷を進行させる傾向があるので、本発明のプロセスの適用は非常に有効である。
【実施例】
【００２８】
以下に実施例、比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００２９】
用いた反応炉は次の２つである。
反応炉Ｎｏ．１：内径４５０ｍｍ、長さ４００ｍｍの酸素含有ガス導入室５、上流端内径３７０ｍｍ、下流端内径８０ｍｍ、収れん角５．３度でしだいに収れんする原料噴霧手段７を備えた収れん室２９、内径１４０ｍｍ、長さ３０００ｍｍの反応停止冷却媒体導入手段８と備えた反応継続兼冷却水導入室３０を連続的、同軸的に連結した、全体が耐火物で覆われたカーボンブラック製造装置。
反応炉Ｎｏ．２：収れん室２９での下流端内径を１００ｍｍ、収れん角を４．８度、反応継続兼冷却水導入室３０の内径を１８０ｍｍとした以外は反応炉１と同一構成としたカーボンブラック製造装置。
【００３０】
燃料には比重０．８６２２（１５℃／４℃）のＡ重油を用い、原料としては表１に示した性状の重質油を使用した。
【００３１】
【表１】
2006188572.tif 000003
【００３２】
燃焼ガス発生帯域における収れん部分の下流端内径８０ｍｍの反応炉Ｎｏ．１を対照例とし、下流端内径１００ｍｍの反応炉Ｎｏ．２において原料噴霧手段７の炉内への挿入度合いを制御することにより燃焼ガス流の流速を変化させて各種の特性を有するカーボンブラックを生産した。これらの製造条件を表２、表３に示した。
原料油導入場所はいずれの反応炉においても収れん部分の最下流地点から上流へ１００ｍｍの地点とし、原料油は高温ガス流方向に対して垂直な方向から４本の原料噴霧手段を用いて導入した。このときの原料油導入平面での直径は反応炉Ｎｏ．１では９８．６ｍｍ、反応炉Ｎｏ．２では１１８．６ｍｍであった（すなわち、図５のＣ−Ｃ矢視での図６における中央の白い円の部分で示される反応炉１の直径は８０ｍｍということである）。カーボンブラックの生成反応の停止は原料噴霧地点から２０００ｍｍ下流の地点で炉内へ冷却水を導入することにより行った。また、各製造条件下で生産されたカーボンブラックの物理化学特性についても表２、表３に記載した。なお、本発明におけるガスの流速とは、燃焼したガス、燃料に加えられた多量の空気および原料油ガス化分のすべてのガス成分の合計容積量（０℃、１気圧）と製造炉の断面積（原料導入個所における断面積）から算出されるものであるが、総空気量は燃料導入量の２０倍で実施しており、原料油導入量も総空気量に較べて極めて小さいので、実施例、比較例、対照例では、総空気量と前記断面積から流速を求めている。また、この際の温度条件も、その温度に換算してガス流速を求めても、換算しないで求めた流速とほとんど変わりがないので、温度換算は行なっていない。
【００３３】
【表２】
2006188572.tif 000004
【００３４】
【表３】
2006188572.tif 000005
【００３５】
上記の表２、表３に示した各製造例で得られたカーボンブラックの物理化学特性は、下記の方法により測定される。
【００３６】
（１）ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）
ＪＩＳ  Ｋ６２１７：１９９７の６項に記載の方法により測定され、単位重量当たりの比表面積ｍ２／ｇで表示される。
【００３７】
（２）２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量
ＪＩＳ  Ｋ６２１７：１９９７の１０項に記載の方法で測定され、カーボンブラック１００ｇ当たりに吸収されるジブチルフタレート（ＤＢＰ）のｍｌで表示される。
【００３８】
（３）遠心沈降分析によるカーボンブラックアグリゲートサイズの分析法
測定装置：
高速ディスク遠心法超微粒子粒度分析計（測定装置名：ＢＩ−ＤＣＰ、ＢＲＯＯＫＨＡＶＥＮ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ  ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ社製）
測定方法：
ＪＩＳ  Ｋ  ６２１８  に基づいて乾燥したカーボンブラック試料を少量の界面活性剤（ノニデットＰ−４０）を加えよく練ってペースト状にしたのち２０容量％エタノール水溶液と混合しカーボンブラック濃度２００ｍｇ／ｌの分散液を作成し、超音波ホモジナイザーで十分に分散させ試料とする。
装置の回転数を８，０００ｒｐｍに設定し、スピン液（純水、２４℃）を１０．０ｍｌ加えたのち、１．０ｍｌのバッファー液（２０容量％エタノール水溶液、２４℃）を注入する。次いで２４℃のカーボンブラック分散液０．５ｍｌを注入し測定を開始する。
カーボンブラック分散液を加えてからの経過時間と吸光度の分布曲線より各時間ｔに対応するストークス相当径Ｄｓｔを式（１）により算出する。
【数３】
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前記式（１）において、ηは溶媒の粘度、ωはディスク回転数、Δρはカーボンブラック粒子と溶媒の密度差、Ｒｉはカーボンブラック分散液注入点の半径、Ｒｄは吸光度測定点までの半径である。
分布曲線における最多頻度値でのストークス相当径をＤｓｔモード径（ｎｍ）とし、最多頻度値の５０％頻度に相当する大小２点のストークス相当径の差を半値幅（ΔＤ５０）（ｎｍ）とする。
【００３９】
ＲｕｎＮｏ．１〜１２での製造条件
ＲｕｎＮｏ．１および２は、テーパー部先端径８０ｍｍ、その後部反応部径が１４０ｍｍである反応炉Ｎｏ．１を用い、導入する空気量、原料量および燃料量を変えたときの対照例である。ＲｕｎＮｏ．３以降の各製造例はテーパー部先端径が１００ｍｍ、その後部反応径が１８０ｍｍである反応炉Ｎｏ．２を用いた比較例および実施例であり、この内のＲｕｎＮｏ．３および４は導入する空気量、原料量および燃料量を変えたのみで原料噴霧手段７は反応室空間内の挿入がない場合、ＲｕｎＮｏ．５は原料噴霧装置を流速増加割合で本発明の請求範囲を下回る１０％となるように反応炉空間に７ｍｍ挿入した比較例である。ＲｕｎＮｏ．６〜１２は本発明の請求範囲を満たす実施態様のいくつかを示したものである。ＲｕｎＮｏ．６は好ましい要件である原料導入圧力が低い側に外れた例である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は本発明の実施に適切なカーボンブラック製造装置の一例の断面図である
【図２】図２は本発明の実施に適切な原料油導入装置がカーボンブラック製造装置の耐火物層空間内にセットされた状態の断面図である。
【図３】図３の（Ａ）は本発明の実施に適切な原料噴霧ノズル先端部の側面図であり、（Ｂ）はその正面図である。
【図４】図４の（Ａ）は本発明の実施に適切な原料噴霧手段の先端部を拡大した断面図である。（Ｂ）はその正面図である。
【図５】図５は、原料噴霧手段７が反応炉内に挿入されている状態で原料を噴霧している模式図である。
【図６】図６は図５でのＣ−Ｃ面での断面模式図である。
【図７】図７は表２および表３の結果から作成した相関図であり、図７は生産量とＤ５０／Ｄｓｔとの関係図である。
【図８】図８は表２および表３の結果から作成した相関図であり、図８は流速増加割合と収率指数との関係図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  カーボンブラック製造装置
２  燃焼ガス発生帯域
３  カーボンブラック生成帯域
４  反応継続兼反応停止帯域
５  酸素含有ガス導入室
６  燃料導入手段
７  原料噴霧手段（原料導入手段）
８  反応停止冷却媒体導入手段
９  耐火物
１０  反応炉稼動面
１１  防熱冷却用ジャケット
１２  原料噴霧ノズル
１３  管状通路手段（原料供給管）
１４  シール部
１５  冷却媒体導入口
１６  冷却媒体排出口
１７  冷却媒体導入口（気体）
１８  バルブ
１９  外面鉄皮
２０  原料噴霧孔
２１  切断面
２２  截頭円錐状部
２３  截頭面（原料噴霧装置の噴霧孔を含む炉内暴露面）
２４  原料供給管との接続部
２５  冷却媒体導入空間
２６  ノズル先端嵌合部
２７  冷却媒体導入空間
２８  原料噴霧流
２９  先細収れん室
３０  反応継続兼冷却水導入室
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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